蟲洞
——連接時空的隧道

文/ 聞新 陳怡婧

霍金認為，蟲洞的重要作用在于連接時空隧道。如果把時空比喻為蘋果，蟲洞就是連接蘋果表面上兩個點的洞穴，這個洞穴對應的是連結時空中相異兩點的捷徑。從一個洞穴到另一個洞穴，如果沿蘋果表面走就比較遠，而走蘋果里面的隧道就比較近。宇宙中的蟲洞就好像這個隧道。

假定存在蟲洞，我們有可能穿越蟲洞去別的宇宙旅行嗎？科學家認為有這種可能，因為蟲洞并沒有因為宇宙膨脹而斷裂，所以我們有可能通過蟲洞前往其他宇宙，或者通過蟲洞接收來自其他宇宙的信息，甚至接待來自其他宇宙的智慧生物。

▲ 泡沫宇宙

蟲洞的形成過程

相對論和量子論告訴我們，原始的宇宙誕生于虛無縹緲之中。在大爆炸后的10-43秒前，宇宙處于“混沌”狀態，分不清上下、左右和先后，甚至分不清時間和空間，充滿著時空泡沫。

在膨脹過程中，時空泡沫演化為“宇宙泡沫”，宇宙泡沫之間有隧道相連，而且隧道可能不止一條，這種連接宇宙泡沫的隧道被科學家稱為“蟲洞”。簡單來說，蟲洞就是連接宇宙空間的時空細管。

▲ 連接同一宇宙空間的“洛倫茲蟲洞”

這些宇宙泡沫迅速膨脹，泡內大量的真空能轉化為物質能。每個泡沫形成一個宇宙，其中之一形成了我們的宇宙。宇宙中的物質能量進而聚集成星系，形成了恒星和行星。在某些條件下合適的星球上出現了生命，其中的一些生命進化成有意識、有智慧的高級生物，例如人類就是這些高級生物中的一種。

今天我們觀察到的膨脹宇宙，只是大量宇宙泡形成的大量宇宙中的一個。而且隨著當今宇宙的發展，也許正在產生新的宇宙，新的宇宙稱為嬰兒宇宙，像細胞分裂一樣，在沒有完全分開之前也會由空間管道，也就是蟲洞連接著。

蟲洞的種類

科學家認為，存在兩種蟲洞，一類是可通過的“洛倫茲蟲洞”，另一類是可瞬時通過的“歐幾里德蟲洞”。研究表明，“洛倫茲蟲洞”是一直存在的，它可能存在于黑洞中或其他地方，而“歐幾里德蟲洞”是瞬間存在的。

“洛倫茲蟲洞”可以想象為日常生活中的隧道，就好像泡壺（茶葉）的“手柄”，在同一宇宙空間有兩個開口。這樣的宇宙，從A點運動到B點的飛船有兩條路徑可走。一條是穿過蟲洞達到B點，另一條是不穿過蟲洞到達B點，如果父子兩人，各自駕駛一艘飛船，父親穿過蟲洞達到B點，而兒子不穿過蟲洞到達B點，他們父子經歷的時間是不同的，所以他們達到B點相會時，父親的年齡比兒子要小很多很多。目前的一些研究表明，“洛倫茲蟲洞”經過適當改造后，可以變成“時間機器”或“時光隧道”，航天員通過它后，可以回到自己的童年，見到童年的自己。

現在談談“歐幾里德蟲洞”。這是一種可瞬間通過的蟲洞，經過這種蟲洞前往其他宇宙的人不需要時間，他會在眨眼間從我們眼前消失，他感覺自己在眨眼間已經處在另一個宇宙之中，就好像武俠影片中的“來無影、去無蹤”場面。假如一個“歐幾里得蟲洞”只與本宇宙相通，例如聯通北京和多倫多，那么一個經歷此蟲洞的人會在瞬間從北京的航天橋上消失，突然出現在多倫多的彩電塔之上。

更為有趣的是，“歐幾里德蟲洞”可以通向我們的過去和未來。一個通過蟲洞的人在我們眼前消失之后，有可能突然出現在秦始皇修長城的工地里。甚至還有傳言，幾個小孩翻墻跳下去，其中有個小孩跳下后未墜地便消失，而前后的小孩都正常著地，傳言說這個小孩是經過蟲洞落到了別的地方，這個蟲洞就是“歐幾里德蟲洞”。雖然我們暫時無法證明傳言的真偽，但通過“歐幾里得蟲洞”到未來去觀光也是令人神往的事情。不過，我們還不要高興得太早，因為人類對宇宙的認識才剛剛開始。

撐開蟲洞的異常物質

天文學家薩根的科幻小說《接觸》，敘述了一個女主角落入地球附近的一個黑洞，那個黑洞內部連著穿越空間的時空隧道，一個小時后，女主角到達隧道的另一個出口，該出口位于織女星附近，距離我們地球26光年。

薩根把有關內容告訴了他的好友，著名的相對論專家索恩，索恩認為黑洞內部不穩定，即使存在時空隧道，稍有擾動也會立即封閉，所以飛船不可能通過，因而黑洞不能作為星際航行的時空通道。

▲ 根據薩根的科幻小說《接觸》拍攝的電影《接觸》

然而，小說的情節深深地打動了索恩，他和他的學生莫里斯開始研究是否有可穿越的時空隧道。經過研究表明，在一定條件下有可能存在“時空隧道”，這種隧道就是洛倫茲蟲洞。索恩研究發現，洛倫茲蟲洞需要由異常物質來撐開，這種異常物質的平均能量密度為負，而且會產生巨大的張力。

撐開一個半徑1厘米的蟲洞，需要一個地球質量的異常物質；撐開一個半徑1公里的蟲洞，需要一個太陽質量的異常物質。另外，通過蟲洞的航天員會受到異常物質產生的巨大張力，這種張力足以把原子扯碎。張力與蟲洞半徑的平方成反比。

▲ 內部存在巨大張力的蟲洞

目前研究結果表明，當蟲洞半徑小于1光年時，異常物質產生的張力比原子不被破壞的最大張力還大，所以，作為星際航行通道的蟲洞，其半徑至少要大于1光年。飛船是否可以通過洛倫茲蟲洞，在很大程度上決定于物理學是否允許異常物質的存在，而且是最大的異常物質的存在。

蟲洞理論的產生

當阿爾伯特·愛因斯坦在思考黑洞時，尋求了天文學家卡爾·史瓦西的幫助，得到了愛因斯坦方程的史瓦西解，可以簡單解釋為：對于一個特定的質量存在一個臨界半徑，如果把這個質量壓縮到臨界半徑，就會發生坍縮。而史瓦西在對黑洞進行計算時，得出的不是一個解，而是一對解。類似于二次方程的正負根，可以解釋為描述黑洞的方程式可以顛倒過來，即描述奇點的物體的擴張，由此產生白洞的理論。在物理學家分析黑洞與白洞時，利用愛因斯坦理論開展實驗，便可產生一種特定的蟲洞。蟲洞連接著黑洞與白洞，在兩者之間進行物質傳輸，所以蟲洞也被稱為“灰道”。

在天文學上，關于蟲洞的存在還沒有在宇宙中尋找到任何依據，但蟲洞給了我們穿越時空旅行帶來了希望，如從同一宇宙中一處穿越至另一處，從一個宇宙穿越到另一個宇宙，或從現在穿越到過去或者將來。所以，科學家們將會堅持不懈地繼續去努力探尋蟲洞和制造時空隧道的方法，同時，探尋時空隧道存在和制造時空隧道的可能性，也對我們深入理解宇宙有重大的幫助。★